INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI PRZEMYSŁOWEJ ZAKŁAD ENERGOELEKTRONIKI I STEROWANIA Laboratorium Energoelektroniki
1 - fazowe regulatory tyrystorowe napięcia przemiennego
Rok akad.: 2009/2010
Wydział: Elektryczny
Rodz. stud. : stacjonarne
Kierunek: Elektrotechnika
Specjalność : -
Profil: -
Nr grupy ćwicz : E2-2-2
Uwagi:

I Wstęp:

Tyrystorowe regulatory napięcia przemiennego są przekształtnikami służącymi do regulacji wartości skutecznej napięcia, a tym samym mocy czynnej odbiornika. Ze względu na rodzaje zastosowanych elementów możemy je podzielić na tyrystorowe, tyrystorowo-diodowe i symistorowe. W tym ćwiczeniu badaliśmy najbardziej rozpowszechniony typ regulatora - tyrystorowy w układzie odwrotnie równoległym. Zastosowane są w nim dwa tyrystory przewodzące na przemian, przy czym każdy z nich obciążony jest prądem równym połowie półokresowej wartosci średniej prądu odbiornika. Wyznaczyliśmy charakterystyki dla dwóch typów sterowania – symetrycznego i odwrotnie symetrycznego oraz dla obciążeń R i RL.

II Schemat pomiarowy:

III Pomiary:

sterowanie symetryczne
Lp
-
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

sterowanie odwrotnie symetryczne
Lp	Rodzaj obciążenia
-
	1
1	R
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

gdzie: α_z – kąt załączenia U₁ – napięcie na wejściu układu P_pl – moc pobierana z sieci

P_p – moc czynna odbiornika I,U – prąd i napięcie odbiornika U_d – składowa stała napięcia

IV Wzory i przykładowe obliczenia:

a) współczynnik mocy

- moc czynna pobierana z sieci

- moc pozorna pobierana z sieci =U₁^.I

b) sprawność układu regulatora (sterowanie symetryczne)

(sterowanie odwr.sym.) P_d=U_d^.I

Przykładowe obliczenia dla kąta 60^o:

symetryczne, obc. R

symetryczne, obc. RL

odwr.symetr, obc R

V Charakterystyki:

a) regulacyjna U=f(α_z):

Charakterystyki regulacyjne mają w obu przypadkach obciążenia podobny przebieg, widać wyraźnie, że przy użyciu sterowania symetrycznego możemy dość precyzujnie zmieniać napięcie odbiornika w całym jego zakresie zmieniając jedynie kąt załączenia tranzystorów.

Minimalna wartość napięcia przypada na kąt α_z1 =81^o, co świadczy o tym, że układ nie działa dokładnie wg założeń teoretycznych (powinno być to 90^o)

b) prądu odbiornika w funkcji kąta załączenia I= f(α_z):

W tym przypadku kształty charakterystyk dla różnego typu obciążenia również są zbliżone, choć dla obciążenia RL prąd jest już wyraźnie mniejszy. Jest to spowodowane faktem, iż cewka opóźnia prąd w całym obwodzie, a więc i na zaworach, jego przebieg jest bardziej „płaski”.

c) mocy czynnej odbiornika w funkcji kąta załączenia P_p= f(α_z):

Na wykresie widzimy możliwość płynnej regulacji mocy pobieranej przez odbiornik, moc jest iloczynem prądu i napięcia, więc przebiegi są bardzo zbliżone do wcześniej opisywanych.

d) współczynnika mocy układu w funkcji kąta załączenia λ= f(α_z):

Współczynnik mocy jest wyraźnie mniejszy dla obciążenia o charakterze rezystancyjno-indukcyjnym, maleje wraz ze wzrostem kąta α_z.

e) sprawności układu w funkcji kąta załączenia η= f(α_z):

Sprawność układu utrzymuje się dla obu przypadków obciążenia na bardzo wysokim poziomie, dopiero w okolicach kąta 130^o następuje drastyczny spadek, przy 180^o układ przestaje przewodzić i sprawność spada do 0.

Sprawność na niskim poziomie (max.63%), dla kąta ok.81^o brak składowej stałej – sprawność równa 0.

VI Przebiegi zaobserwowane na oscyloskopie:

Na oscylogramie widzimy przebieg napięcia i prądu na odbiorniku. Odbiornik jest czysto rezystancyjny czyli nie ma przesunięcia fazowego pomiędzy tymi wartościami (w chwili załączenia tyrystora faza napięcia i prądu jest identyczna). Kąt załączenia wynosi w przybliżenia i jest identyczny dla obu tyrystorów, kąt wyłączenia tyrystorów . Przebieg prądu jest czysto sinusoidalny, ponieważ tgφ=0 w czasie przewodzenia tyrystorów.

Na tym oscylogramie widzimy przebieg napięcia i prądu dla obciążenia RL. Wartość tgφ nie jest nam znana, ale widzimy, że indukcyjność wprowadziła pewne zniekształcenie napięcia w stosunku do kształtu napięcia zasilającego. Zadane obciążenie wprowadziło pewne opóźnienie fazowe prądu względem napięcia.

Oscylogram obrazuje przebiegi napięcia i prądu dla układu odwrotnie symetrycznego obciążonego rezystancją. Teoretycznie suma kątów załączenia i wyłączenia powinna się równać π, jednak gołym okiem widać, że w układzie rzeczywistym jest inaczej, o czym już wspominałem w opisie wykresu napięcia.

VII Wnioski:

W ćwiczeniu przeprowadzonym przez nas badaliśmy jednofazowy tyrystorowy regulator napięcia przy dwóch rodzajach obciążeń: czysto rezystancyjnym i rezystancyjno-indukcyjnym. Podczas wykonywania ćwiczenia zmienialiśmy kąt załączania tyrystora, a następnie obserwowaliśmy przebiegi prądów i napięć.

W pierwszej kolejności obwód obciążyliśmy odbiornikiem R. Dla tego typu obciążenia na podstawie charakterystyk otrzymanych na ekranie oscyloskopu stwierdziliśmy, że zmniejszanie kąta załączenia powoduje wydłużenie impulsu prądu, co w konsekwencji prowadzi do zbliżenia otrzymanej charakterystyki do sinusoidalnej. W układzie tym kąt załączenia można regulować w zakresie 0≤α≤π.

Następnie obwód obciążyliśmy odbiornikiem RL. W układzie tym kąt załączenia można regulować w zakresie αk≤α≤π przy czym αk określa się wg wzoru: αk=arctg (ωLo/Ro), a więc kąt załączenia zależy od kąta φ czyli stosunku rezystancji do reaktancji dławika. Dzieje się tak dlatego, że cewka gromadzi energię w polu magnetycznym i występuje zjawisko „rozładowywania” cewki.

Kolejnym krokiem było zdjęcie charakterystyk dla obciążenia rezystancyjnego przy układzie sterowanym odwrotnie symetrycznie, gdzie αz1+αz2=π. Ten układ charakteryzował się niską sprawnością oraz występowaniem skladowej stałej napięcia. Dodatkowo wykazaliśmy, że w funkcjionowaniu takiego układu w rzeczywistości występują drobne odstępstwa od założeń teoretycznych.